电力系统继电保护的现状与发展

摘要:概述继电保护系统的作用及组成，回顾我国电力系统继电保护技术发展的过程。概述微机继电保护技术的成就，提出未来继电保护技术发展的趋势是：计算机化、网络化、保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。

关键词:继电保护；作用；组成；现状；发展

一、引言

电力系统由发电机、变压器、母线、输配线路及用电设备组成。而在电力系统中常见有危险故障和一些异常运行状态，而这些现象会发展成事故，使整个系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，以致造成对用户少送电、停止送电或电能质量降低到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人身伤亡。而电力系统各元件之间是通过电或磁的联系，任何一元件发生故障时，都可能立即在不同成度上影响到系统的正常运行。因此，切除故障元件的时间常常要求短到十分之一秒甚至更短。而这个任务靠人完成是不可能的，所以要有一套自动装置来执行这一任务。

二、继电保护的作用及组成

（一）继电保护的作用

当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障件免于继续遭受损害；当电力系统的被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

（二）继电保护的组成

继电保护的组成一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。

三、继电保护发展现状

电力系统继电保护技术是随电力系统发展的。熔断器是最早出现的简单过电流保护,由于电力的发展,用电设备功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电所和供电往的接线不断变化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，单纯的熔断器保护无法满足要求。而电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。

自上世纪60年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。

四、继电保护的未来发展

继电保护技术未来趋式是向计算机化、网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

（一）计算机化

随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到五年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到广泛应用。

电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信功能，与其他保护、控制装置和调度联网以供享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。

继电保护装置的计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好的满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚需进行具体深入研究。

（二）网络化

计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，它深刻影响着各工业领域，也为各工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和综联保护外，所有继电器保护装置只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置，因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响，还要保证全系统的安全稳定运行，这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息得数据，各保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础协调动作，确保系统的安全稳定运行，显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即使现微机保护的网络化，这在当前的技术条件是完全可能的。

（三）保护、控制、测量、数据通信一体化

在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端，它可以从网上获得电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端，因此，每个微机保护装置不但可以完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等二次电压、电流都必须用控制电线引到主控室，所敷设的大量控制电线不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可以免除电磁干扰。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，将来必然在电力系中得到应用，在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。

（四）智能化

近年以来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域的研究也已开始神经网络是一种飞限性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂非线性问题，应用神经网络的方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，其它如遗传算法、进化规划等也有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可是求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。

五、结束语

建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势，国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化、网络化、保护、控制、測量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。

参考文献：

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